铸造、热处理、锻造工艺基础
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20/
4.5缺陷的预测
21/
5.1锻造的工艺流程
不同的锻造方法有不同的流程,其中以热模锻的工艺流程最长,一般顺序为:锻坯下 料;锻坯加热;辊锻备坯;模锻成形;切边;冲孔;矫正;中间检验,检验锻件的尺寸和 表面缺陷;锻件热处理,用以消除锻造应力,改善金属切削性能;清理,主要是去除表面 氧化皮;矫正;检查,一般锻件要经过外观和硬度检查,重要锻件还要经过化学成分分析、 机械性能、残余应力等检验和无损探伤。
应保证模样能顺利的从铸型中取出。
7/
Βιβλιοθήκη Baidu 8/
3.1铸钢牌号
铸钢牌号由铸钢的拼音简写ZG和屈服强度、抗拉强度数值表示。 如ZG230-450。一般工程用铸造碳钢件按GB 5613的规定分为: ZG200-400;ZG230-450;ZG270-500;ZG310-570;ZG340-640五种铸钢牌号。
两组数字中间用“一”隔开
12/
3.5 铸铁选用
13/
4.1 PROCAST仿真简介 • Procast是为评价和优化铸造工艺与铸造产品而开发的专业CAE软件 • Procast是所有铸造模拟软件中集成化程度最高的 • 配备了功能强大的数据接口和自动网格划分工具 • 全部模块化设计,适合任何铸造过程的模拟 • 采用有限元技术,是目前唯一能对铸造凝固过程进行热——流动——应力完
24/
5.4锻造术语 • 锻件重量:锻件毛坯的实际重量 • 飞边重量:锻造过程中外轮廓分模面处多余的材料 • 料芯重量:锻造过程中内孔多余的材料 • 火耗重量: 锻件在锻打过程中的热损耗 • 下料重量(切料重量):锻打一件锻件所需要的钢坯重量 • 材料消耗定额:锻打一件锻件所需要的钢材消耗总重量
25/
三箱造型浇注位置和分型面
5/
2.3浇注位置选择原则
(1)铸件的重要加工面应朝下或侧立。因铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、 夹渣等缺陷,组织也不如下表面致密; (2)铸件的大平面应朝下。大平面朝上容易产生夹砂缺陷 (3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷,应将面积较大的薄壁部分 置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置; (4)对于容易产生缩孔的铸件,应使厚的部分放在铸型的上部或侧面,以便 在铸件厚壁处直接安置冒口,使之实现自下而上的定向凝固。
27/
(5):对于冲孔法兰形锻件: G锻件= 6.17×D2×C + 6.17×(N/2+A/2)2×(H-C) -6.17×d2×H +1.6φ2 H (碳钢和低合金钢
) G锻件= 6.23×D2×C + 6.23×(N/2+A/2)2×(H-C) -6.23×d2×H +1.6φ2 H (不锈钢) D为法兰锻件毛坯外径;d为法兰锻件毛坯内径; C为法兰锻件毛坯厚度;H为法兰锻件毛坯
总高度;A为法兰锻件毛坯焊端外径;N为法兰锻件毛坯颈部外径。φ为冲孔用冲头外 径;1.6φ2 H为芯料重量。
28/
• 3 、G烧损计算方法为: G烧损=K G锻件 • K为烧损系数,锻件锻一次完成K=0.05; 锻件锻二次完成K=0.06;锻件锻三次完成
K=0.07;锻件锻四次完成K=0.08. 一般地当重量≤30Kg的矩形锻件和圆饼形锻件 K=0.05;不冲孔的法兰锻件及重量≤100Kg的矩形锻件和圆饼形锻件K=0.06;重量 ≤100Kg环形锻件和重量≤100Kg冲孔的法兰锻件及重量≤500Kg的矩形锻件和圆饼形≤ 锻件K=0.07;重量>100Kg环形锻件和重量>100Kg冲孔的法兰锻件及重量>500Kg 的矩形锻件和圆饼形锻件K=0.08. • 4、锻件余量:当工件最大尺寸≤150mm时,锻件余量取12mm;当工件最大尺寸> 150mm且≤350mm时,锻件余量取20mm;当工件最大尺寸>350mm时,一般 都是机械手操作,锻件余量相对手工操作要大些,当工件最大尺寸>350mm且≤60 0mm时,锻件余量取30mm;当工件最大尺寸>600mm且≤1000mm时,锻 件余量取40mm;当工件最大尺寸>1000mm且≤2000mm时,锻件余量取5 0mm;当工件最大尺寸>2000mm,锻件余量取60mm. • 5、关于1.6φ2 H为芯料重量说明:φ为冲孔用冲头外径,一般取冲孔内径的 • 2/5,φ最大外径为500mm. • 6、其他说明:当工件内径≤150mm时不冲孔;当工件内径>150mm时冲孔。 • Ⅲ级和Ⅳ级法兰锻成圆饼状或圆环状;当法兰外径≤350mm时,法兰锻成法兰状;当 法兰外径>350mm时,法兰锻成圆饼状或圆环状。
• 铸铁名称,代号及牌号表示方法 • 铸铁名称...............代号牌号.....................实例 • 灰铸铁......................HT.........................HT100 • 蠕墨铸铁..................RuT........................RuT400 • 球墨铸铁..................QT.........................QT400-17 • 黑心可锻铸铁...........KHT........................KHT300-06 • 白心可锻铸铁...........KBT........................KBT350-04 • 珠光体可锻铸铁.......KZT........................KZT450-06 • 耐磨铸铁..................MT.........................MT Cu1PTi-150 • 抗磨白口铸铁...........KmBT....................KmBTMn5Mo2Cu • 抗磨球墨铸铁...........KmQT....................KmQTMn6 • 冷硬铸铁..................LT...........................LTCrMoR • 耐蚀铸铁..................ST..........................STSi15R • 耐蚀球墨铸铁...........SQT.......................SQTAl15Si5 • 耐热铸铁..................RT..........................RTCr2 • 耐热球墨铸铁..........RQT........................RQTA16 • 奥氏体铸铁..............AT.........................---• ...牌号中代号后面的一组数字,表示抗拉强度值;有两组数字时,第一组表示抗拉强度值,第二组表示延伸率值。
1.2铸造的分类 液态成型工艺
机器造型 砂型铸造
手工造型
特种铸造
金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
整模造型 分模造型 三箱造型 活块造型 挖砂造型 刮板造型
4/
2.1浇注位置:是指浇注时铸型分型面所处的空间位置(上下)。 2.2铸型分型面:是指铸型中相互结合的组元间的结合面。
全耦合的铸造模拟软件
14/
4.2 汽车轮毂的铸造仿真 • 运用三维造型软件对汽车轮毂进行三维实体造型并对浇注系统进行设计,实体模型如 图1所示。将铸件模型保存为X-T扩展名的文件,导入Procast软件中进行网格划分。对 网格单位进行设定,网格单位设为6mm。首先在Procast的meshcast模块中进行面网格 的划分。经过修改之后自动生成体网格模型,共有节点66703个,单元309209个。
23/
5.3锻造比的选择
锻造比选择的原则是在保证锻件各种要求的前提下,尽量选择小一些。一般按以 下情况确定锻造比: 1、优质碳素结构钢和合金结构钢在锤上自由锻造时:对轴类锻件,由钢锭直接锻 造,按主截面计算的锻造比应≥3;按法兰或其他凸出部位计算的锻造比应≥1.75;当用 钢坯或轧材,按主截面计算的锻造比就≥1.5;按法兰或其他凸出部位计算的锻造比应 ≥1.3。对环类锻件,锻造比一般应≥3。对盘类锻件,由钢锭直接锻造,其镦粗锻造比 就≥3;其他场合,镦粗锻造比一般应>3,但最后一道工序应>2。 2、高合金钢坯布料 不仅要消除它的组织缺陷,而且还要使其中的碳化物有较均匀 的分布,因此必须采取较大的锻造比。不锈钢的锻造比可选取为4-6,而高速钢的锻造 比则需5-12。
使凝固更倾向于顺序凝固。
6/
2.4铸型分型面的选择原则
铸造工艺合理性的关键之一。铸型分型面的选择应能在保证铸件质量的 前提下,尽量简化工艺,节省人力物力。
应尽量使分型面是一个平直的面;
应尽量减少分型面的数量;
选择原则
应尽量使型芯和活块的数量减少; 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱;应使铸件的全部 或大部分置入下箱;
1/
• 一.铸造的定义与分类 • 二.浇注位置与分型面的选择 • 三.铸钢铸铁的牌号 • 四.铸造仿真研究(PROCAST仿真简介) • 五.锻造工艺基础 • 六.热处理工艺流程
2/
1.1铸造的定义:
将液态合金浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔中,待其冷却凝固,以获 得毛坯或零件的生产方法称为铸造。
15/
4.3 汽车轮毂的充型过程
充型15%
充型25%
16/
4.3 汽车轮毂的充型过程
充型35%
充型55%
17/
4.3 汽车轮毂的充型过程
充型70%
充型90%
18/
4.4凝固过程模拟分析
改善工艺前的温度场分布
19/
对于改善工艺前,在开始凝固阶段,轮辋部分的凝固不是同步进 行的,由于在型腔的变截面处热熔较小,所以冷却速度较快。这与实 际是相符的。对应各轮辐中部的凝固先于对应轮辐与轮辋连接处。因 镁合金的容积热容量比较小所以冷却速度较快 ,对应各轮辐中部的凝 固先于对应轮辐与轮辋连接处。在轮辋、轮辐和它们之间的连接处的 厚度差别比较大,因此在轮辐中部区域会产生早期凝固现象,而在轮 辐与轮辋的连接处易产生热节 。由于热节部分在凝固过程中得不到很 好的补缩,于是对应于各个连接区域存在潜在的缩孔缺陷并且很可能 产生热裂 。在轮辐与轮辐相交处的外沿,出现热集中区的红斑,此区 域周围的合金液的凝固比率都大于该处,阻断了轮毂浇道的补缩作用 ,使得此处无法得到中央浇道的补充,因此此处很有可能是缺陷产生 的部位 。
D为圆饼形锻件毛坯外径;H为圆饼形锻件毛坯高度。
26/
(3):对于圆环形锻件:G锻件= 6.17×D2×H-6.17×d2×H +1.6φ2 H (碳钢和低合金钢)
G锻件= 6.23×D2×H-6.23×d2×H +1.6φ2 H (不锈钢)
(4):对于不冲孔法兰形锻件:
G锻件= 6.17×D2×C + 6.17×(N/2+A/2)2×(H-C) (碳钢和低合金钢) G锻件=6.23×D2×C + 6.23×(N/2+A/2)2×(H-C) (不锈钢)
22/
5.2锻造比 • 锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。 锻造比以金属变形前后的横 断面积的比值来表示。不同的锻造工序,锻造比的计算方法各不相同。 • 1、拔长时,锻造比为y=F0/F1或y=L1/L0 • 式中F0,L0—拔长前钢锭或钢坯的横断面积和长度; • F1 ,L1—拔长后钢锭或钢坯的横截面积和长度。 • 2、镦粗时的锻造比,也称镦粗比或压缩比,其值为 • y=F1/F0或y=H0/H1 • F0, H0—镦粗前钢锭或钢坯的横截面积和高度; • F1, H1—镦粗后钢锭或钢坯的横截面积和高度。
工程与结构用低合金铸钢件共包含八种牌号: ZGD270-480;ZGD290-510;ZGD345-570;ZGD410-620; ZGD535-720;ZGD650-830;ZGD730-910;ZGD840-1030。
3.2铸钢牌号的性能与用途
10/
3.3常存元素对钢性能的影响
11/
3.4.铸铁牌号
5.5锻件毛坯重量计算方法
1、锻件毛坯重量为:G毛坯= G锻件+ G烧损 (1):对于矩形锻件:G锻件= 7.85×A×B×C(碳钢和低合金钢)
G锻件= 7.93×A×B×C(不锈钢) A、B、C为矩形锻件毛坯外形尺寸(长、宽、高)。
(2):对于圆饼形锻件:G锻件= 6.17×D2×H(碳钢和低合金钢) G锻件= 6.23×D2×H(不锈钢)
4.5缺陷的预测
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5.1锻造的工艺流程
不同的锻造方法有不同的流程,其中以热模锻的工艺流程最长,一般顺序为:锻坯下 料;锻坯加热;辊锻备坯;模锻成形;切边;冲孔;矫正;中间检验,检验锻件的尺寸和 表面缺陷;锻件热处理,用以消除锻造应力,改善金属切削性能;清理,主要是去除表面 氧化皮;矫正;检查,一般锻件要经过外观和硬度检查,重要锻件还要经过化学成分分析、 机械性能、残余应力等检验和无损探伤。
应保证模样能顺利的从铸型中取出。
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Βιβλιοθήκη Baidu 8/
3.1铸钢牌号
铸钢牌号由铸钢的拼音简写ZG和屈服强度、抗拉强度数值表示。 如ZG230-450。一般工程用铸造碳钢件按GB 5613的规定分为: ZG200-400;ZG230-450;ZG270-500;ZG310-570;ZG340-640五种铸钢牌号。
两组数字中间用“一”隔开
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3.5 铸铁选用
13/
4.1 PROCAST仿真简介 • Procast是为评价和优化铸造工艺与铸造产品而开发的专业CAE软件 • Procast是所有铸造模拟软件中集成化程度最高的 • 配备了功能强大的数据接口和自动网格划分工具 • 全部模块化设计,适合任何铸造过程的模拟 • 采用有限元技术,是目前唯一能对铸造凝固过程进行热——流动——应力完
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5.4锻造术语 • 锻件重量:锻件毛坯的实际重量 • 飞边重量:锻造过程中外轮廓分模面处多余的材料 • 料芯重量:锻造过程中内孔多余的材料 • 火耗重量: 锻件在锻打过程中的热损耗 • 下料重量(切料重量):锻打一件锻件所需要的钢坯重量 • 材料消耗定额:锻打一件锻件所需要的钢材消耗总重量
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三箱造型浇注位置和分型面
5/
2.3浇注位置选择原则
(1)铸件的重要加工面应朝下或侧立。因铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、 夹渣等缺陷,组织也不如下表面致密; (2)铸件的大平面应朝下。大平面朝上容易产生夹砂缺陷 (3)为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷,应将面积较大的薄壁部分 置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜的位置; (4)对于容易产生缩孔的铸件,应使厚的部分放在铸型的上部或侧面,以便 在铸件厚壁处直接安置冒口,使之实现自下而上的定向凝固。
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(5):对于冲孔法兰形锻件: G锻件= 6.17×D2×C + 6.17×(N/2+A/2)2×(H-C) -6.17×d2×H +1.6φ2 H (碳钢和低合金钢
) G锻件= 6.23×D2×C + 6.23×(N/2+A/2)2×(H-C) -6.23×d2×H +1.6φ2 H (不锈钢) D为法兰锻件毛坯外径;d为法兰锻件毛坯内径; C为法兰锻件毛坯厚度;H为法兰锻件毛坯
总高度;A为法兰锻件毛坯焊端外径;N为法兰锻件毛坯颈部外径。φ为冲孔用冲头外 径;1.6φ2 H为芯料重量。
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• 3 、G烧损计算方法为: G烧损=K G锻件 • K为烧损系数,锻件锻一次完成K=0.05; 锻件锻二次完成K=0.06;锻件锻三次完成
K=0.07;锻件锻四次完成K=0.08. 一般地当重量≤30Kg的矩形锻件和圆饼形锻件 K=0.05;不冲孔的法兰锻件及重量≤100Kg的矩形锻件和圆饼形锻件K=0.06;重量 ≤100Kg环形锻件和重量≤100Kg冲孔的法兰锻件及重量≤500Kg的矩形锻件和圆饼形≤ 锻件K=0.07;重量>100Kg环形锻件和重量>100Kg冲孔的法兰锻件及重量>500Kg 的矩形锻件和圆饼形锻件K=0.08. • 4、锻件余量:当工件最大尺寸≤150mm时,锻件余量取12mm;当工件最大尺寸> 150mm且≤350mm时,锻件余量取20mm;当工件最大尺寸>350mm时,一般 都是机械手操作,锻件余量相对手工操作要大些,当工件最大尺寸>350mm且≤60 0mm时,锻件余量取30mm;当工件最大尺寸>600mm且≤1000mm时,锻 件余量取40mm;当工件最大尺寸>1000mm且≤2000mm时,锻件余量取5 0mm;当工件最大尺寸>2000mm,锻件余量取60mm. • 5、关于1.6φ2 H为芯料重量说明:φ为冲孔用冲头外径,一般取冲孔内径的 • 2/5,φ最大外径为500mm. • 6、其他说明:当工件内径≤150mm时不冲孔;当工件内径>150mm时冲孔。 • Ⅲ级和Ⅳ级法兰锻成圆饼状或圆环状;当法兰外径≤350mm时,法兰锻成法兰状;当 法兰外径>350mm时,法兰锻成圆饼状或圆环状。
• 铸铁名称,代号及牌号表示方法 • 铸铁名称...............代号牌号.....................实例 • 灰铸铁......................HT.........................HT100 • 蠕墨铸铁..................RuT........................RuT400 • 球墨铸铁..................QT.........................QT400-17 • 黑心可锻铸铁...........KHT........................KHT300-06 • 白心可锻铸铁...........KBT........................KBT350-04 • 珠光体可锻铸铁.......KZT........................KZT450-06 • 耐磨铸铁..................MT.........................MT Cu1PTi-150 • 抗磨白口铸铁...........KmBT....................KmBTMn5Mo2Cu • 抗磨球墨铸铁...........KmQT....................KmQTMn6 • 冷硬铸铁..................LT...........................LTCrMoR • 耐蚀铸铁..................ST..........................STSi15R • 耐蚀球墨铸铁...........SQT.......................SQTAl15Si5 • 耐热铸铁..................RT..........................RTCr2 • 耐热球墨铸铁..........RQT........................RQTA16 • 奥氏体铸铁..............AT.........................---• ...牌号中代号后面的一组数字,表示抗拉强度值;有两组数字时,第一组表示抗拉强度值,第二组表示延伸率值。
1.2铸造的分类 液态成型工艺
机器造型 砂型铸造
手工造型
特种铸造
金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
整模造型 分模造型 三箱造型 活块造型 挖砂造型 刮板造型
4/
2.1浇注位置:是指浇注时铸型分型面所处的空间位置(上下)。 2.2铸型分型面:是指铸型中相互结合的组元间的结合面。
全耦合的铸造模拟软件
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4.2 汽车轮毂的铸造仿真 • 运用三维造型软件对汽车轮毂进行三维实体造型并对浇注系统进行设计,实体模型如 图1所示。将铸件模型保存为X-T扩展名的文件,导入Procast软件中进行网格划分。对 网格单位进行设定,网格单位设为6mm。首先在Procast的meshcast模块中进行面网格 的划分。经过修改之后自动生成体网格模型,共有节点66703个,单元309209个。
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5.3锻造比的选择
锻造比选择的原则是在保证锻件各种要求的前提下,尽量选择小一些。一般按以 下情况确定锻造比: 1、优质碳素结构钢和合金结构钢在锤上自由锻造时:对轴类锻件,由钢锭直接锻 造,按主截面计算的锻造比应≥3;按法兰或其他凸出部位计算的锻造比应≥1.75;当用 钢坯或轧材,按主截面计算的锻造比就≥1.5;按法兰或其他凸出部位计算的锻造比应 ≥1.3。对环类锻件,锻造比一般应≥3。对盘类锻件,由钢锭直接锻造,其镦粗锻造比 就≥3;其他场合,镦粗锻造比一般应>3,但最后一道工序应>2。 2、高合金钢坯布料 不仅要消除它的组织缺陷,而且还要使其中的碳化物有较均匀 的分布,因此必须采取较大的锻造比。不锈钢的锻造比可选取为4-6,而高速钢的锻造 比则需5-12。
使凝固更倾向于顺序凝固。
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2.4铸型分型面的选择原则
铸造工艺合理性的关键之一。铸型分型面的选择应能在保证铸件质量的 前提下,尽量简化工艺,节省人力物力。
应尽量使分型面是一个平直的面;
应尽量减少分型面的数量;
选择原则
应尽量使型芯和活块的数量减少; 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱;应使铸件的全部 或大部分置入下箱;
1/
• 一.铸造的定义与分类 • 二.浇注位置与分型面的选择 • 三.铸钢铸铁的牌号 • 四.铸造仿真研究(PROCAST仿真简介) • 五.锻造工艺基础 • 六.热处理工艺流程
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1.1铸造的定义:
将液态合金浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型空腔中,待其冷却凝固,以获 得毛坯或零件的生产方法称为铸造。
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4.3 汽车轮毂的充型过程
充型15%
充型25%
16/
4.3 汽车轮毂的充型过程
充型35%
充型55%
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4.3 汽车轮毂的充型过程
充型70%
充型90%
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4.4凝固过程模拟分析
改善工艺前的温度场分布
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对于改善工艺前,在开始凝固阶段,轮辋部分的凝固不是同步进 行的,由于在型腔的变截面处热熔较小,所以冷却速度较快。这与实 际是相符的。对应各轮辐中部的凝固先于对应轮辐与轮辋连接处。因 镁合金的容积热容量比较小所以冷却速度较快 ,对应各轮辐中部的凝 固先于对应轮辐与轮辋连接处。在轮辋、轮辐和它们之间的连接处的 厚度差别比较大,因此在轮辐中部区域会产生早期凝固现象,而在轮 辐与轮辋的连接处易产生热节 。由于热节部分在凝固过程中得不到很 好的补缩,于是对应于各个连接区域存在潜在的缩孔缺陷并且很可能 产生热裂 。在轮辐与轮辐相交处的外沿,出现热集中区的红斑,此区 域周围的合金液的凝固比率都大于该处,阻断了轮毂浇道的补缩作用 ,使得此处无法得到中央浇道的补充,因此此处很有可能是缺陷产生 的部位 。
D为圆饼形锻件毛坯外径;H为圆饼形锻件毛坯高度。
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(3):对于圆环形锻件:G锻件= 6.17×D2×H-6.17×d2×H +1.6φ2 H (碳钢和低合金钢)
G锻件= 6.23×D2×H-6.23×d2×H +1.6φ2 H (不锈钢)
(4):对于不冲孔法兰形锻件:
G锻件= 6.17×D2×C + 6.17×(N/2+A/2)2×(H-C) (碳钢和低合金钢) G锻件=6.23×D2×C + 6.23×(N/2+A/2)2×(H-C) (不锈钢)
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5.2锻造比 • 锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。 锻造比以金属变形前后的横 断面积的比值来表示。不同的锻造工序,锻造比的计算方法各不相同。 • 1、拔长时,锻造比为y=F0/F1或y=L1/L0 • 式中F0,L0—拔长前钢锭或钢坯的横断面积和长度; • F1 ,L1—拔长后钢锭或钢坯的横截面积和长度。 • 2、镦粗时的锻造比,也称镦粗比或压缩比,其值为 • y=F1/F0或y=H0/H1 • F0, H0—镦粗前钢锭或钢坯的横截面积和高度; • F1, H1—镦粗后钢锭或钢坯的横截面积和高度。
工程与结构用低合金铸钢件共包含八种牌号: ZGD270-480;ZGD290-510;ZGD345-570;ZGD410-620; ZGD535-720;ZGD650-830;ZGD730-910;ZGD840-1030。
3.2铸钢牌号的性能与用途
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3.3常存元素对钢性能的影响
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3.4.铸铁牌号
5.5锻件毛坯重量计算方法
1、锻件毛坯重量为:G毛坯= G锻件+ G烧损 (1):对于矩形锻件:G锻件= 7.85×A×B×C(碳钢和低合金钢)
G锻件= 7.93×A×B×C(不锈钢) A、B、C为矩形锻件毛坯外形尺寸(长、宽、高)。
(2):对于圆饼形锻件:G锻件= 6.17×D2×H(碳钢和低合金钢) G锻件= 6.23×D2×H(不锈钢)